JP6614889B2 - Ａｅを利用した床版劣化範囲あるいは床版劣化状況の検知方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＡＥを利用した床版の劣化範囲あるいは床版劣化状況を検知する方法に関するものである。

道路等などの走行面に広く利用されているコンクリート床版は交通荷重による疲労に加え、降雨等によるセメント成分の溶出により、劣化が進行することが知られている。
この際、コンクリート床版下面では、曲げ応力によるひび割れが生じた後、ひび割れ同士が連結し亀甲状のひび割れとなり、さらに劣化が進むと、かぶりコンクリートの剥落が生じる。
一方、コンクリート床版の上面では、圧縮力の繰返しと流水によるセメント成分の溶出により、コンクリートが砂状となる現象（以下土砂化と称す）が知られており、これにより道路の陥没等が生じる事例が報告されている。

上記のような劣化は、交通荷重の大小や交通量によりその進行速度が異なるものの、世界各国で生じており、社会インフラの長期利用の観点から大きな課題となっている。

また、上記の劣化のうち、コンクリート床版下面で生じるひび割れやコンクリートの剥落は、目視点検等によりある程度発見することが可能である。しかしながら、コンクリート床版上面で生じる土砂化は、前記コンクリート床版上面がアスファルト舗装により覆われている場合が多く、目視点検等で前記劣化が顕在化しにくいものとなっている。また、点検の際には極力日常の車両通行に影響がない範囲で短時間に前述した土砂化を検知可能にする方法が望まれていたのである。

特開平１０−３００７２９号公報

かくして、本発明は、前記従来の課題を解決するために創案されたもので、コンクリート床版上面で生じる土砂化につき、アスファルト舗装により覆われており、点検等で劣化が顕在化しにくい場合であっても容易に前記の劣化を確認することが出来、また、極力日常の車両通行に影響がない範囲で短時間に前記の土砂化を検知できるＡＥを利用した床版劣化範囲あるいは床版劣化状況の検知方法を提供することを目的とするものである。

本発明は、コンクリート床版の表面がアスファルト舗装されてなる床版劣化範囲あるいは床版劣化状況の検知方法であり、
前記アスファルト舗装された路面表面上で、ＡＥセンサを搭載した車両を走行させ、前記走行車両の荷重によりコンクリート床版に変形を生じさせ、該変形時に発生するＡＥを前記ＡＥセンサで検知し、前記ＡＥセンサで検知した検知結果からコンクリート床版の表面がアスファルト舗装されてなる前記床版劣化範囲あるいは床版劣化状況を特定する、
ことを特徴とし、
または、
コンクリート床版の変形時に土砂粒子同士の摩擦によって発生するＡＥをＡＥセンサで検知する、
ことを特徴とし、
または、
前記ＡＥセンサは前記車両の少なくとも幅方向両側２箇所に取り付けられた、
ことを特徴とし、
または、
前記ＡＥセンサを搭載した車両での床版劣化範囲の検知は、通常の車両走行速度で行える、
ことを特徴とし、
または、
前記ＡＥセンサで検知した検知結果からのコンクリート床版の表面がアスファルト舗装されてなる床版劣化状況の特定は、ＡＥ波の立ち上がり勾配の違いを検知し、前記立ち上がり勾配の違いから、コンクリート床版の新たなひび割れか既存のひび割れかを特定できる、
ことを特徴とし、
または、
コンクリート床版の表面がアスファルト舗装されてなる床版劣化範囲あるいは床版劣化状況を検知する、走行する検査車両に搭載されたＡＥセンサと、
走行する検査車両の位置を認識する走行方向位置認識手段と、
前記ＡＥセンサ及び前記走行方向位置認識手段からの検知信号を受信する床版劣化範囲あるいは床版劣化状況特定手段と、を備え、
床版劣化範囲あるいは床版劣化状況特定手段は、前記ＡＥセンサ及び前記走行方向位置認識手段からの検知信号を制御部により解析して床版劣化範囲あるいは床版劣化状況を特定する、
ことを特徴とするものである。

本発明によれば、コンクリート床版上面で生じる土砂化につき、アスファルト舗装により覆われており、点検等で劣化が顕在化しにくい場合であっても容易に前記の劣化の範囲あるいは劣化状況を確認することが出来、また、極力日常の車両通行に影響がない範囲で短時間に前記の土砂化を検知できるとの優れた効果を奏する。

この様に、本発明では、ＡＥを利用することにより道路橋の床版の劣化（土砂化）範囲を容易に検知することができ、また道路や橋の床版土砂化などの床版劣化状況を舗装上面から検知することができるため、舗装を剥がさなくても検知できる。

すなわち、交通荷重を受けた際の粒子の擦れによる弾性波、ＡＥを測定し劣化範囲や劣化状況を把握できるのである。さらに、本発明では、上記を判定可能なシステムを、車両に搭載し、走行あるいは短時間の停車により、瞬時にＡＥの発生源および周波数特性を解析することにより、目視により直接検査が難しい土砂化等のコンクリート床版の劣化の進行度合いを、短時間で広範囲にわたり効率的に検査可能なシステムを提供できるとの優れた効果を奏する。

以下、本発明を図に示す実施例に基づいて説明する。

図１に本発明の第１実施例を示す。図に示すように弾性波（アコースティックエミッション、以下ＡＥと称す）を検知するセンサ１を車両の車輪３、あるいはその近傍箇所、例えば車軸４部分に取り付け、いわゆる検査車両８を構成する。

そして、前記の検査車両８を検査すべきコンクリート床版５が敷設してある道路上を走行させる。この際、検査車両８の走行に際しては、通常通りの走行で構わない。すなわち、検査車両８の走行で一般の通行車両の走行に何らの障碍も生じさせない。
検査車両８が走行すると、車両の自重などにより路面下のコンクリート床版５に荷重が付加される。
すると、前記荷重によりアスファルト舗装７で覆われた路面内のコンクリート床版５に変形を生じさせるものとなり、該変形によりＡＥが発生する。そのＡＥを前記センサ１が検知するものとなる。

センサ１は車両の幅方向に間隔をあけて、少なくとも２箇所に設置することが必要である。幅方向に間隔をあけて少なくとも２箇所設置すれば、図６に示す如く、２箇所に設置したセンサ１によるＡＥの到着時間の差を検知し、これにより幅方向において発信源６の位置を特定することができるからである。

ところで、前記ＡＥセンサ１を通じて得られるＡＥ波の発生メカニズムとしては、車輪３と路面との摩擦によるＡＥ波の発生、アスファルト層の変形によるＡＥ波の発生、コンクリート床版５の土砂粒子同士の摩擦によるＡＥ波の発生があり、いずれのメカニズムにより発生したものかを見極めるかについても重要な判断事項となる。
現在までに考え得るＡＥ波発生に際してのパラメータとしては、ＡＥ波の最大振幅、周波数などがあり、ＡＥ波の最大振幅が大きく、低い周波数であるのが土砂粒子同士の摩擦によるＡＥ波の発生の特徴といえる。

よって、本発明では、ＡＥ波の最大振幅が大きく、低い周波数であるのが土砂粒子同士の摩擦によるＡＥ波の発生であると認識し、当該ＡＥ波を検知するものとしている。

図２は車軸４の両端側２箇所にセンサ１を取り付けた例を示したものであり、車両が矢印の方向へ走行したとき、前記２箇所に設置されたセンサ１が検査車両８の荷重によりアスファルト舗装面で覆われたコンクリート床版５の変形を生じさせ、この変形により生じるＡＥを検知している。

ここで、検査車両８の走行方向を示す矢印方向の発信源６の位置特定については、いわゆるＧＰＳを利用しての位置の特定あるいは車輪の回転数などから移動距離を判断し、これを基に走行方向での発信源６の位置特定を行うことが考えられる。

尚、前記の様に、本発明は、検査車両８が走行する道路において、何らの交通規制を行うことを必要とせず、通常の車両交通状態でコンクリート床版５の検査が行えるとのメリットがある。すなわち、ＡＥセンサ１を搭載した検査車両８について、一般の車両より速度を落としたり、あるいは一般の車両の通行を遮断するなどの交通規制をせずにコンクリート床版５の劣化検査が行えるのである。ここで検査車両８の具体的な走行スピードとしては２０ｋｍ／ｈ乃至９０ｋｍ／ｈ程度が挙げられる。
センサ１によるＡＥの検知は、マイクロ秒以下の処理速度で計測が可能だからである。

次に、本発明では、図２に示される様に、１本の車軸４には一対の車輪３ではなく、複数の車輪３が取り付けられた車両を使用している。これはコンクリート床版５の幅方向に対し、ほぼ均等に車両の荷重を与える必要があるためである。これによって、コンクリート床版５の幅全体に亘ってほぼ均一に荷重を付与することが出来るため、正確なＡＥ検知が行えるものとなる。しかし、車輪３の数については何ら限定されるものではない。
ここで、図２の構成による検査車両によって損傷箇所が特定される例は図３に示す如くである。

次に、図４に本発明の第２実施例を示す。本実施例では車軸４の長手方向に所定の間隔をおいて複数のセンサ１を設置した例を示している。本実施例では図５に示すように、図３に示す損傷箇所の認識よりさらに詳細に損傷箇所を認識することが出来る。

次に、図８を参照して本発明の第３実施例を説明する。
図８は、ＡＥの周波数や振幅、すなわちＡＥの波の立ち上がり勾配等のＡＥ特性を検知し、このＡＥ特性から、コンクリート床版５の劣化程度、特にコンクリート床版５の土砂化の程度を迅速に判定するものとなる。

すなわち、図８（ａ）は立ち上がりが速いＡＥ波の波形であり、図８（ｂ）は立ち上がりが遅いＡＥ波の波形である。
新たなひび割れの発生により生じるＡＥと既存のひび割れから生じるＡＥとでは波の立ち上がり勾配が異なる。すなわち、新たなひび割れの発生により生じるＡＥ波は立ち上がりが速いＡＥ波の波形、図８（ａ）として現れ、既存のひび割れから生じるＡＥ波は、立ち上がりが遅いＡＥ波の波形、図８（ｂ）として現れると言われている。

よって、いずれの波形であるかを検知すれば、新たなひび割れか既存のひび割れかが確認できることとなる。
尚、ここで言う立ち上がり勾配とは、最大振幅を波の到達から、最大振幅を迎えるまでの時間で割った値として定義できる。

図９は、本発明の第４実施例を示すブロック図である。
検査車両８に取り付けられたＡＥセンサ１は、ＡＥを受信するとその信号は、例えば通信網１０などを介して床版劣化範囲あるいは床版劣化状況特定手段となるサーバコンピュータ１１に送出される。

また、検査車両８の走行方向位置認識については、走行方向位置認識手段１４によって行われ、例えばＧＰＳ信号を利用し、これにより走行方向の位置を特定して前記サーバコンピュータ１１に送出される。

尚、ＧＰＳ信号を利用しない場合は、検査車両８に、例えば車輪３の回転数から移動距離を演算し、もって走行方向位置を特定する位置特定装置を搭載し、該装置からの信号をサーバコンピュータ１１に送出することが考えられる。
送出されたこれらの信号は、サーバコンピュータ１１の制御部１２に入力され、制御部１２では、前記入力した信号を演算、解析してコンクリート床版の表面がアスファルト舗装されてなる床版劣化範囲あるいは床版劣化状況の特定が行われる。

ここで、コンクリート床版の表面がアスファルト舗装されてなる床版劣化範囲については、前述した各々のＡＥセンサ１に到達したＡＥの到達時間の差及び前記ＡＥが到達したときの検査車両８の走行方向位置を特定し、これらの検出値を解析して床版劣化範囲の特定が行われる。

しかして、その解析結果は、図３あるいは図５の如く示され、例えば表示部１３等に示される。
既に述べたが、ＡＥセンサ１の設置数が多いほど、詳細な解析結果、すなわち、図５に示すような解析結果が得られる。

次に、コンクリート床版の表面がアスファルト舗装されてなる床版劣化状況については、ＡＥセンサ１からＡＥ波の波形、周波数などが検知され、該波形、周波数等の検知信号がサーバコンピュータ１１に送出される。

サーバコンピュータ１１では制御部１２によって入力されたＡＥの波形、周波数などが解析され、例えば、立ち上がり勾配が速いＡＥか、あるいは立ち上がり勾配が遅いＡＥかなどが解析され、判断される。

この解析に当たっては、前記したように、検知したＡＥの最大振幅を波の到達から、最大振幅を迎えるまでの時間で割って解析し、その結果、立ち上がり勾配が速いＡＥは、図８（ａ）の振幅として認識され、立ち上がり勾配が遅いＡＥは、図８（ｂ）の振幅として認識される。

そして、立ち上がり勾配が速いＡＥの場合は、新たなひび割れとして認識され、立ち上がり勾配が遅いＡＥの場合は、既存のひび割れとして認識されるものとなる。

本発明の概略構成を説明する概略構成説明図である。 第１実施例の概略構成を説明する概略構成説明図である。 第１実施例による損傷領域の特定例を説明する説明図である。 第２実施例の概略構成を説明する概略構成説明図である。 第２実施例による損傷領域の特定例を説明する説明図である。 第１実施例による発生源の特定例を説明する説明図である。 第２実施例による発生源の特定例を説明する説明図である。 第３実施例の概略構成を説明する概略構成説明図である。 第４実施例の構成を示すブロック図である。

１ センサ
３ 車輪
４ 車軸
５ コンクリート床版
６ 発信源
７ アスファルト舗装
８ 検査車両
１０ 通信網
１１ サーバコンピュータ
１２ 制御部
１３ 表示部
１４ 走行方向位置認識手段

Claims (6)

1. コンクリート床版の表面がアスファルト舗装され、覆われてなる床版劣化範囲あるいは床版劣化状況の検知方法であり、
   前記アスファルト舗装された路面表面上で、ＡＥセンサを搭載した車両を走行させ、前記車両の荷重によりコンクリート床版に変形を生じさせ、該変形時に発生するＡＥを前記ＡＥセンサで検知し、前記ＡＥセンサで検知した検知結果からコンクリート床版の表面がアスファルト舗装されてなる前記床版劣化範囲あるいは床版劣化状況を特定する、
   ことを特徴とするＡＥを利用した床版劣化範囲あるいは床版劣化状況の検知方法。
   
2. コンクリート床版の変形時に土砂粒子同士の摩擦によって発生するＡＥをＡＥセンサで検知する、
   ことを特徴とする請求項１記載のＡＥを利用した床版劣化範囲あるいは床版劣化状況の検知方法。
   
3. 前記ＡＥセンサは前記車両の少なくとも幅方向両側２箇所に取り付けられた、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２記載のＡＥを利用した床版劣化範囲あるいは床版劣化状況の検知方法。
   
4. 前記ＡＥセンサを搭載した車両での床版劣化範囲の検知は、通常の車両走行速度である２０ｋｍ／ｈ乃至９０ｋｍ／ｈ程度で行える、
   ことを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３記載のＡＥを利用した床版劣化範囲あるいは床版劣化状況の検知方法。
   
5. 前記ＡＥセンサで検知した検知結果からのコンクリート床版の表面がアスファルト舗装されてなる床版劣化状況の特定は、ＡＥ波の立ち上がり勾配の違いを検知し、前記立ち上がり勾配の違いから、コンクリート床版の新たなひび割れか既存のひび割れかを特定できる、
   ことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３または請求項４記載のＡＥを利用した床版劣化範囲あるいは床版劣化状況の検知方法。
   
6. コンクリート床版の表面がアスファルト舗装されてなる床版劣化範囲あるいは床版劣化状況を検知する、走行する検査車両に搭載されたＡＥセンサと、
   走行する検査車両の位置を認識する走行方向位置認識手段と、
   前記ＡＥセンサ及び前記走行方向位置認識手段からの検知信号を受信する床版劣化範囲あるいは床版劣化状況特定手段と、を備え、
   床版劣化範囲あるいは床版劣化状況特定手段は、前記ＡＥセンサ及び前記走行方向位置認識手段からの検知信号を制御部により解析して床版劣化範囲あるいは床版劣化状況を特定する、
   ことを特徴とするコンクリート床版の表面がアスファルト舗装されてなる床版劣化範囲あるいは床版劣化状況の解析システム。
   

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